심장의 전기 시스템은 모든 근육 세포가 동시에 박동하도록 유지합니다. 그러나 잘못된 순간에 가슴을 세게 때리면 잠재적으로 치명적인 비정상적인 전기 자극의 제어하기 힘든 파동이 발생할 수 있습니다. 그 결과 발생하는 종류의 부정맥은 축구 선수의 원인일 수 있습니다. 다마르 햄린 Buffalo Bills는 2023년 내셔널 풋볼 리그 경기에서 강력한 안타를 맞은 후 필드에 쓰러졌습니다. 오늘날 강력한 제세동기는 일반적으로 고통스러운 심장을 재동기화하는 데 사용됩니다. 하지만 플라비오 펜튼심장의 전기적 역학을 연구하는 는 Steve Strogatz에게 온화하고 정확한 시간의 충격으로 심장을 자극함으로써 부정맥을 치료하기 위해 개발 중인 새로운 방법에 대해 이야기합니다.

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성적 증명서

스티븐 스트로 가츠 (00:03): 저는 Steve Strogatz입니다. 이유의 기쁨, 팟캐스트 Quanta Magazine 오늘날 수학과 과학에서 답이 없는 가장 큰 질문으로 안내합니다. 이 에피소드에서 우리는 치명적인 심장 부정맥을 멈추기 위해 수학과 물리학을 어떻게 사용할 수 있는지 질문할 것입니다.

(00:21) 최근 프로 축구 경기에서 Buffalo Bills의 세이프티 Damar Hamlin이 큰 타격을 받은 후 경기장에서 쓰러졌을 때 발생한 끔찍한 장면을 기억하실 것입니다. 한 가지 이론은 그가 흉곽을 강타한 것이 심장의 리듬을 방해하여 정상적인 전자파가 고장났다는 것입니다. 심실 세동으로 알려진 결과 상태는 심장이 몸과 뇌에 효과적으로 혈액을 공급하는 것을 멈추기 때문에 몇 분 안에 누군가를 죽일 수 있습니다. 그리고 Damar Hamlin의 기절한 팀원들과 수백만 명의 TV 시청자가 영원처럼 보이는 시간을 바라보는 동안 의료진은 그를 소생시키기 위해 고군분투했습니다.

(01:01) Flavio Fenton은 히트 장면을 본 순간 무슨 일이 일어났는지 알았습니다. Fenton은 Georgia Tech의 물리학과 교수이며 심장 부정맥이 그의 전문 분야입니다. Fenton은 부정맥의 수학적 및 전산 모델과 그 기저에 있는 이상한 나선파를 연구합니다. 그리고 그는 또한 동물의 심장과 기증된 인간의 심장에 대한 실험을 수행합니다. 그는 환자의 몸 전체에 엄청난 양의 전기를 보내는 전통적인 제세동기 패들을 사용하지 않고도 부정맥을 멈출 수 있는 방법을 찾기를 바라고 있습니다. 대신 Fenton은 파도로 파도와 싸우려고 합니다. 그는 심장을 혼란에 빠뜨릴 수 있는 해로운 나선형 파도를 없애기 위해 자신의 파도를 만들고 있습니다. 목표는 부정맥을 치료할 수 있는 보다 부드럽고 손상이 적은 방법을 찾는 것입니다.

(01:50) Flavio, 오늘 저희와 함께 해주셔서 감사합니다. 지금까지 해오신 놀라운 작업에 대해 말씀해 주세요.

플라비오 펜튼 (01:55): 오 스티브, 초대해주셔서 정말 감사합니다. 이곳에 오게 되어 기쁩니다.

스트로가츠 (01:58): 제대로 작동할 때 심장은 어떻게 작동합니까?

펜톤 (02:01): 심장은 놀라운 시스템입니다. 그리고 제가 말하고 싶은 것 중 하나는 제가 생각하기에 우리를 약간 분리시키는 것 중 하나입니다. 우리가 부정맥을 조사하는 방법은 물리학자의 관점에서 하려고 합니다. 심장 부정맥을 조사하는 대부분의 사람들은 생의학 엔지니어 또는 심장 전문의입니다. 그래서 우리는 심장 모델링에서 물리학이 어떻게 작동하는지 관점에서 시도했습니다.

(02:21) 서로 다른 동물 종의 심장 진화에는 심장이 작동하는 방식이 다르지만 핵심은 수축하는 것입니다. 그래서 그들은 혈액을 배출하고 산소가 풍부한 혈액을 몸에 순환시킬 수 있도록 수축하려고 합니다. 포유류의 심장에는 네 개의 방이 있습니다. 우리는 두 개의 심방과 두 개의 심실을 가지고 있습니다. 그들은 연결되어 있지만 전기적으로 분리되어 있습니다.

(02:40) 작동 방식은 자동 진동하는 일부 세포가 있다는 것입니다. 이를 동방 결절 세포라고 합니다. 그들은 심장 박동을 시작합니다. 그리고 나서 확산에 의해 심방을 통해 전파되고, 심방에서 심방과 심실을 연결하는 유일한 부분인 방실 결절로 이동합니다. 그런 다음 심실로 들어가고 심실이 수축합니다. 심방은 기본적으로 수용실입니다. 따라서 혈액은 심방으로 들어오고 심방은 혈액을 폐나 신체로 보내는 심실로 보냅니다. 그래서 몸에 혈액을 보내는 곳이 좌심실이다. 이것이 바로 심장의 가장 두꺼운 부분입니다. 심장의 발전소입니다.

(03:16) 주된 것은 수축인데 유체역학 문제인데 세포를 수축하게 만드는 전기적 신호에서 비롯된다. 심장 세포이기 때문에 내부와 외부를 분리하는 막이 있습니다. 따라서 내부와 외부 사이에 다른 농도의 이온이 있습니다. 따라서 정지 상태에서는 일반적으로 약 마이너스 80밀리볼트 또는 마이너스 75밀리볼트에서 탈분극됩니다. 흥분되면 전압은 약 10밀리볼트 정도의 임계값 위로 올라갑니다. 따라서 전압을 변경하는 약 10밀리볼트의 진폭이 있습니다. 그리고 전압이 약 200밀리초 동안 임계값을 초과하면 칼슘이 세포로 방출됩니다. 그리고 칼슘은 수축을 일으키는 것입니다. 따라서 수축은 실제로 전기 신호에 의해 이루어집니다.

(04:00) 따라서 심장이 어떻게 작동하는지 조사하려고 하면 심장이 작동하지 않는 여러 가지 방법이 있습니다. 기계적인 부분도 있고 전기적인 부분도 있습니다. 그래서 우리는 항상 심장의 역학과 심장의 부정맥을 연구하는 사람들이 있으면 전기 기사와 배관공으로 나눌 수 있다고 농담을 합니다. 그래서 저는 주로 전기 기술자입니다. 그래서 저는 전기적 교란이 어떻게 부정맥을 유발하는지에 가장 관심이 가는데, 기계적인 것일 수도 있습니다. 그리고 우리는 함께 결합하기 위해 함께 노력하지만 제가 조사하는 연구는 전기적 전파의 이러한 혼란에 의해 추진되는 연구입니다.

스트로가츠 (04:35): 좋습니다. 심장의 전기적 측면과 유체적 기계적 또는 배관적 측면을 구분해 주셔서 기쁩니다. TV에서 듣거나 사람들의 대화를 들을 때 친척이나 친구가 있을 수 있기 때문입니다. "이 사람은 엄청난 심장 마비를 겪었습니다."라고 말할 것입니다. 또는 "그 사람은 심부전이 있었습니다."라고 말할 수도 있습니다. 또는 "심정지"라는 문구가 들립니다. 그래서 대중의 마음에는 세 가지 모두 자신에게 일어나고 싶지 않은 일처럼 들립니다. 그러나 그들은 같은 것이 아닙니다. 하지만 심장 마비 대 심부전 대 심정지가 무엇을 의미하는지 들어 봅시다.

펜톤 (05:18): 예를 들어 심장 마비가 있을 때 일어나는 일은 심장이 수축할 때 몸에 혈액을 보내지만 심장 자체에도 혈액을 보내는 것입니다. 그래서 혈액이 몸으로 가는 대동맥 기저부에는 심장 전체를 통해 시작하여 내려가는 두 개의 동맥이 있습니다. 그리고 심장이 혈액을 펌프질할 때 자체적으로 산소를 공급합니다. 그것이 마음이 살아 있는 방법입니다. 그래서 무슨 일이 일어나는가 하면 그 혈관 중 하나가 막히면, 막히면 콜레스테롤 수치가 높아져 혈관이 막힐 때 혈액이 심장의 해당 부분으로 가지 않습니다. 심장의 그 부분은 산소가 공급되지 않습니다. 그것은 흥분성을 잃고 전기 전도 시스템에 의해 구동되는 부정맥을 실제로 시작할 수 있습니다. 블록이 발생하는 위치에 따라 — 가지에서 매우 낮은 위치에서 발생하면 심장의 작은 부분만 영향을 받습니다. 매우 높은 곳에서 발생하면 심장의 많은 부분이 영향을 받고 심장의 해당 부분이 죽을 수 있으므로 수축을 중지하십시오.

(05:18) 그리고 심장 마비가 있을 때 발생할 수 있는 두 가지 원인이 있습니다. 심장 전체가 수축을 멈추거나 심실 세동인 부정맥이 시작됩니다. 이 부정맥은 수축하지 않고 파동의 전파를 허용하지 않는 심장 부분이 있기 때문에 발생할 수 있습니다. 따라서 파도는 형성될 수 있는 이러한 복잡한 패턴을 형성하기 시작할 것입니다. 기본적으로 심장 마비가 있을 때 일어나는 일입니다.

(06:38) 심부전은 결국 심장이 시간이 지나면서 변하기 시작하여 예를 들어 더 두꺼워질 수 있는 형태로 변하는 것입니다. 심부전에는 다양한 유형이 있지만 심장이 두꺼워지고 수축이 감소합니다. 따라서 계약도 할 수 없습니다. 따라서 박출률이 감소하고 몸에 산소를 잘 공급할 수 없습니다. 그리고 그것은 다른 치료법과 약을 필요로 하고 최악의 시나리오에서는 심장 이식을 받아야 합니다. 심장 돌연사가 있을 때 전기 신호에 이러한 교란이 발생하고 복잡한 부정맥이 시작될 때 발생하는 부정맥입니다.

(07:17) 따라서 기본적으로 전파되는 전파가 발생합니다. 그러나 이러한 파동은 방해를 받아 나선형 파동을 생성할 수 있습니다. 실제로 심실이나 심방 주위를 회전하는 전기적 활동의 나선형 파동을 가질 수 있습니다. 그리고 그것들은 심장 수축을 더 빠르게 만들 것입니다. 왜냐하면 이 나선형 파동이 심장에서 형성될 때 자연 심장 박동기보다 빠르게 회전하기 때문입니다. 그래서 그들은 더 빠른 리듬으로 심장을 제어합니다. 그리고 그것이 빈맥이라고 불리는 것입니다. 챔버의 위아래에 따라 심실 또는 심방에 빈맥이 있을 수 있습니다. 일반적으로 나선파는 상대적으로 쉽게 불안정해질 수 있습니다. 그것을 생성할 수 있는 많은 메커니즘이 있습니다.

(07:57) 그리고 그것들은 우리가 조사하는 것들 중 일부입니다. 그래서 그들은 너무 오랫동안 안정적으로 머물지 않고 여러 개의 나선형 파동으로 부서집니다. 여러 개의 나선파가 있을 때 심장의 모든 부분에는 매우 빠르게 회전하는 작은 나선파가 있습니다. 그러나 그들은 위상이 어긋날 수 있습니다. 심장 전체에 일어나는 일은 이제 심장이 더 빨리 뛰지 않는다는 것입니다. 심장의 모든 부분이 자신의 단계에서 뛰고 있다는 것입니다. 그래서 마음이 설레기만 합니다. 펌핑도 안되고 그냥 떨리네요. 그리고 혈액을 펌핑할 수 없습니다. 따라서 펌핑되는 혈액이 없으면 몇 초 안에 죽습니다.

(08:25) 그래서 그런 경우가 있을 때 유일한 방법은 제세동기를 가지고 와서 조직을 제세동시키는 매우 큰 전기장으로 모든 세포를 자극해야 합니다. 이 외부 제세동기는 150줄에서 시작하여 300줄까지 올라갈 수 있습니다. 그것은 제세동에 많은 에너지입니다. 이것이 필요할 때 이 모든 심장 세포를 한 번에 자극하기 때문에 나선형 파동을 종료합니다. 이 전기장은 예, 정말 거대합니다. 그런 다음 그들은 몸 전체, 모든 근육을 흥분시킬 수 있으므로 상당히 고통스러울 수 있습니다.

(08:57) 비교하자면 근육을 움직이는 데 필요한 에너지는 약 0.001줄입니다. 그렇기 때문에 러닝머신에 있을 때 살이 빠지는 데 시간이 오래 걸립니다. 약간의 에너지를 잃고 체중을 줄이려면 근육의 많은 움직임이 필요합니다. 그것은 이러한 전기장이 제세동에 얼마나 강한지를 알려줍니다.

스트로가츠 (09:15): 감사합니다. 아주 좋은 튜토리얼이었습니다. 말씀하신 내용을 보면 이 에피소드에서 심부전에 대해 이야기하는 것이 아님이 분명합니다. 그리고 우리는 실제로 심장 마비에 대해 이야기하는 것이 아닙니다. 심장의 일부를 죽임으로써 회전하는 나선형 파동 또는 기타 전기적 문제에 대한 환경을 설정할 수 있는 경우를 제외하고 말입니다. 내 말은, 그것이 우리가 정말로 이야기하고 싶은 것입니다.

(09:36) 그래서 당신은 빈맥에 대해 언급했는데, 파도가 심장을 너무 빨리 뛰게 하여 평소만큼 효과적으로 펌핑하지 못하는 것입니다. 또는 최악의 경우, 내가 대학원생이었을 때 당신에게 말해야 하는 세동. 생의학 공학 교수가 우리를 의과 대학으로 데려가 실제로 우리 손에서 세동이 나는 심장을 느꼈습니다. 그리고 그것은 꽤 잊을 수 없는 경험입니다. 그리고 그것은 매우 이상하고 미끄럽습니다. 당신이 말했듯이 떨리거나 떨립니다. 벌레 같은 느낌이죠? 심장에 손을 얹으면 벌레가 손에서 꿈틀대는 것 같은 느낌이 듭니다.

펜톤 (10:13): 문헌에서 다음을 포함한 많은 사람들이 아트윈프리, 그는 당신이 심장 세동을 시각화할 때 마치 벌레가 기질에서 움직이는 것과 같다고 언급하곤 했습니다, 그렇죠? 그리고 심장이 세동하는 것을 볼 때, 그것은 수축의 구조를 추진하는 벌레처럼 보입니다.

스트로가츠 (10:29): 말씀하신 대로 매우 위험합니다. 혈액이 뇌나 신체로 효과적으로 펌핑되지 않기 때문에 몇 초 또는 몇 분 안에 사망하게 됩니다. 그러나 우리가 Damar Hamlin의 사건으로 돌아가면 그가 맞았을 때 그에게 무슨 일이 일어 났을 것 같습니까?

펜톤 (10:44): 무슨 일이 일어날지 절대 알 수 없겠죠? 그러나 아마도 일어날 수 있었던 일이 발생했을 때 처음에 생각했던 것입니다. 심장에서 나선형 파동을 시작하는 방식으로 파동의 대칭성을 깨뜨릴 수 있습니다.

(10:57) 심장과 같은 흥분 시스템의 특성부터 시작하겠습니다. 심장과 유사한 또 다른 흥분 시스템은 예를 들어 불입니다. 불이 흥분되어 전파됩니다. 전파되는 파동을 생성합니다. 하지만 지나치는 불의 물결 뒤에 절대 그 불을 태울 수 없겠죠? 태울 풀이 없기 때문입니다. 따라서 심장의 경우처럼 충돌하는 흥분 시스템의 두 파동이 있을 때, 심장의 전자파 또는 두 개의 불 전선이 충돌할 때 서로 소멸합니다. 물결이 서로 지나갈 때와는 다릅니다. 이 파도는 충돌할 때 서로를 전멸시킵니다. 불의 경우에는 쉽게 볼 수 있는데, 불의 물결 뒤에는 더 이상 태울 것이 없기 때문입니다. 그리고 그것이 소방관들이 항상 말하는 방식입니다. "당신이 불을 끄는 방법은 불을 사용하는 것입니다." 불의 파동을 소멸시키기 위해서는 반대 방향의 또 다른 파동을 이용하여 충돌시켜 소멸시키기 때문입니다. 이것은 여러분에게 이것들을 제공합니다. 불응기라고 하는 것, 파동 뒤에는 다른 파동을 다시 자극할 수 있기까지 약간의 시간이 있습니다. 산불의 경우 풀이 다시 자랄 때까지 기다려야 다시 풀을 태울 수 있기 때문에 기다리는 시간이 길다.

(12:04) 흥분 시스템의 또 다른 예는 화장실입니다. 화장실은 흥분 시스템의 완벽한 예입니다. 여기 임계값이 필요합니다. 그래서 변기 손잡이를 움직일 때 조금 움직여도 아무 일도 일어나지 않습니다. 하지만 문지방에 충분한 힘을 가하기 위해 물을 내리면 핸들을 움직이는 문지방을 통과하면 물이 방출됩니다. 그러면 물이 다시 채워질 때까지 기다려야 하기 때문에 물을 다시 방류할 수 없습니다. 그래서 그것은 그 후 흥분의 릴리스입니다. 그리고 다시 플러시하려면 약간의 시간을 기다려야 합니다. 심장 세포도 마찬가지입니다. 일단 세포가 흥분하면 다시 흥분하기까지 약간의 시간을 기다려야 합니다.

그래서 어떤 일이 벌어질까요? 여러분이 전파하는 파동이 있고 그 파동 뒤에 여러분이 자극하고 싶어한다고 상상해보세요. 그래서 그것이 정말로 불응성이라면 세포가 반응하지 않기 때문에 흥분할 수 없습니다. 하지만 파동이 지나간 후 ​​얼마간 기다리면 흥분할 수 있고 전파되는 파동을 생성할 수 있겠죠? 이제 그 시간들 사이에 상상해 보십시오. 당신이 파동에 너무 가깝거나 파동에서 너무 멀어 활성화를 자극할 수 있는 시간 사이에 조직의 일부가 불응성인 영역이 있습니다. 따라서 전파할 수 없지만 조직의 일부가 여기될 수 있습니다. 그래서 그것은 실제로 여기 전파의 대칭성을 깨뜨립니다. 그리고 기본적으로 한 방향으로 전파되지만 다른 방향으로는 전파되지 않습니다. 이것이 나선형 파도가 형성되는 방식입니다.

스트로가츠 (13:26): 약간의 시각 자료를 제공해야 할 것 같습니다. 내 말은, "나선형"이라는 단어를 들었기 때문에 모든 사람이 나선형을 생각할 때 무엇을 그려야 하는지 알고 있기 때문입니다. 그러나 나선형 파동을 만드는 것은 무엇입니까? 당신은 그것을 통해 우리를 좀 걸을 수 있습니까? 나는 회전하는 나선형 파동에 대해 언급했습니다. 무슨 일이 일어나고 있는지 그림으로 그리는 방법에 대해 말씀해 주십시오.

펜톤 (13:41): 파도가 있다고 상상해 보세요. 어떤 것의 파도일 뿐이죠, 그렇죠? 경기장에서처럼 멕시코 열풍이 있고 모두를 흥분시키는 것처럼요. 이제 파도가 있다고 상상해 보세요. 그래서 앞에 서 있는 사람들이 있고 파도 뒤에 있는 나머지 사람들이 일어서고 마침내 앉습니다.

스트로가츠: 예.

펜톤 (13:57): 맞습니다. 따라서 특정 폭의 파동이 있습니다. 자, 이제 앞면과 뒷면만 생각하면 되겠죠? 파도의 앞면과 뒷면이 있고 경기장을 통해 전파되고 있다고 생각하십시오. 이제 경기장 바닥에서 경기장 꼭대기까지 파도를 깬다고 상상해보세요. 그래서 당신은 거기에 파도가 있습니다. 하지만 경기장의 절반만 아래에서 위로 흥분시킨다고 상상해보세요. 그래서 당신은 웨이브 프론트와 웨이브를 가지고 있습니다. 그러나 그것은 연속체입니다. 그래서 앞면과 뒷면이 합쳐져야 하는 곳을 계속하면 위상이라고 부르는 지점이 있을 텐데요, 그렇죠? 전면의 위상과 후면 웨이브의 위상이 만나게 될 것입니다. 그리고 그들이 만나는 지점에서 위상 특이점이라고 하는 것이 있고 위상이 정의되지 않습니다. 파도의 앞부분과 뒷부분이 정확히 일치하는 곳입니다. 그래서 그것은 당신이 나선형 파도를 만들 때입니다. 앞면을 부수고 뒷면과 앞면이 만나도록 만들면 그 특이점을 중심으로 회전하기 시작합니다.

(14:52) 그리고 실제로 우리는 조금 더 쉽게 보여주기 위해 여기 Georgia Tech에서 그렇게 했습니다. 우리는 600명의 학생을 모아 그리드에 배치했습니다. 그런 다음 우리는 그들에게 경기장에서의 활성화와 유사한 지침을 제공했습니다. 이웃이 손을 들고 흥분하면 손을 들어야 합니다. 따라서 한 코너에서 시작하면 경기장에서와 같이 전파의 물결이 일어납니다. 하지만 우리가 한 것은 대칭 파괴부터 시작했습니다. 예를 들어, 학생들의 사각형 중앙에 우리는 흥분할 학생들의 한 줄이 있다고 처음에 말하지만 맨 위까지 가는 것은 아니고 영역의 절반만 있습니다. 그리고 나서 우리는 그들에게 맨 처음에 여러분이 한쪽에 있었다면 활성화될 것이지만, 손을 들고 있는 이 학생들의 다른 쪽에 있다면 손을 내리라고 말합니다. 처음으로. 그래서 대칭성이 깨집니다. 따라서 파동은 한 방향으로만 전파됩니다. 그러나 파도는 내가 말했듯이 학생 광장의 시작 부분에서 중간까지만 진행됩니다. 이 물결이 시작되고 실제로 학생들이 팔을 움직이는 나선형 물결을 만들 것입니다.

스트로가츠 (15:51): [웃음] 이것에 대한 필름이 있습니까? YouTube에서 볼 수 있는 동영상이 있나요?

펜톤 (15:54): 예, 몇 가지가 있습니다. YouTube 동영상 그것에. 그런 것들에 대한 링크를 드릴 수 있습니다.

스트로가츠 (15:55): 프로그램 노트에 링크할 것 같으니 링크를 보내주세요. 그래서 사람들은 이것을 볼 수 있습니다. 꽤 드라마틱하게 들립니다.

펜톤 (16:04): 그리고 가속할 때 더 좋아보여서 영상을 조금 가속해서 더 빨라지도록 해서 나선형 파동을 볼 수 있습니다. 그리고 이 나선형 파동은 학생들이 에너지를 가지고 있는 한 그곳에서 계속 회전할 것입니다, 그렇죠? 그들이 할 수 있는 한... 이것이 이 나선형 파동의 중요한 점입니다. 일단 형성되면 시스템을 장악합니다. 그리고 실제로 우리가 그곳에서 관찰한 한 가지 흥미로운 점은 학생들이 항상 주의를 기울이지 않고 있기 때문에 — 그들은 때때로 완전히 주의를 기울이지 않습니다 — 그래서 파도가 지나가면서 때때로 약간 흥분할 수 있다는 것입니다. 조금 전이나 조금 후에. 그들은 "아, 파도가 지나갔어"라고 말하고 나중에 활성화합니다. 그래서 그것은 실제로 나선형 파동을 여러 개의 나선형 파동으로 깰 수 있을 만큼 충분히 불안정합니다. 그래서 우리는 실제로 세동이 세포들 사이에서 이러한 활성화의 불안정화에 의해 어떻게 그렇게 쉽게 일어날 수 있는지 보여줍니다. 이 경우에는 학생들이었습니다.

스트로가츠 (16:50): Damar Hamlin 때문에 이 일을 계속하고 있습니다. 연결이 무엇입니까?

펜톤 (16:53): 맞습니다. 그럼 먼저 나선파가 어떻게 부정맥을 형성하는지 볼까요? 그래서 질문은 Damar Hamlin의 경우에 나선형 파동이 어떻게 형성되었는지입니다. 우리가 생각하는 일을 코모 티오 코디스, 이것은 심장 세포가 이웃에 의해 흥분될 뿐만 아니라 스트레치 활성화 채널인 이온 채널을 가지고 있는 경우입니다. 즉, 심장을 터치하고 심장을 누르면 활성화를 생성할 수 있습니다. 그래서 전기장이나 전기 충격으로 심장을 자극할 수 있습니다. 하지만 제가 누르면 — 당신이 심장을 만지고 있을 때 말씀하신 경우에, 심장을 쥐었다면 실제로 제세동을 할 수 있는 심장의 많은, 많은, 많은 세포를 활성화할 수 있습니다. 가슴이 열려 있고 제세동을 위해 전기 충격을 받기 전에 때때로 심장 마사지가 실제로 파동을 시작하거나 부정맥을 종료하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 그들은 마음으로 직접 감동을 받아야 했습니다. 그러나 기본적으로 세포를 늘릴 때마다 세포가 활성화될 수 있습니다.

(17:51) 그래서 가슴에 맞았을 때 충격이 너무 커서 실제로 가슴 앞부분이 약간 변형되기도 했지만 심장을 요동치게 하고 압박하기에도 충분했습니다. 뿐만 아니라 최악의 시기에 일어난 일입니다. 내가 말했듯이 나선형 파도의 시작을 얻기 위해서는 파도가 지나가고 당신이 흥분할 때 특정한 취약한 창에서 다시 파도 위에 있어야 합니다.

(18:17) 그래서 병원 영화를 보면 심장의 전기 신호를 보여주는 ECG, 심전도가 있습니다. QRS라고 하는 작은 신호와 T파 또는 심실의 전기 신호를 볼 수 있습니다. 그래서 측정하는 것은 모든 세포가 전파하고 흥분할 때의 전체 전기 신호이며, 심장의 모든 세포에 대한 전체적인 측정입니다. 그래서 킬러는 가장 먼저 보이는 큰 스파이크가 심장의 활성화입니다. 파동을 시작하는 심장을 통해 전파되는 파동. 그리고 파동의 끝은 ECG에서 볼 수 있는 T파입니다. 신호의 끝에서 작고 작은 혹입니다. 그것이 파도의 끝입니다.

(18:57) 따라서 만약 당신이 흥분한다면, 그 파동이 끝날 때 정확히 심장을 교란한다면, T파가 끝날 때, 그때가 실제로 부정맥을 시작할 수 있는 때입니다. 그래서 일어난 일은 그가 충분히 세게 맞았고 일부 세포가 활성화되었다는 것입니다. 그리고 그는 T파 동안 그의 심장이 활성화를 끝마칠 때 정확하게 맞았습니다. 그리고 그것은 세동을 시작한 나선형 파동을 시작했습니다. 그가 단지 몇 밀리초 후에, 20밀리초 후에, 또는 20밀리초 일찍 맞았다면 그는 세동에 빠지지 않았을 것입니다.

스트로가츠 (19:30): 예, 예, 예. 내 말은, 축구와 다른 접촉 스포츠의 사람들이 항상 타격을 받고 있기 때문에 우리는 그런 설명이 필요합니다. 그리고 그것은 질문을 제기합니다. 사람들이 쓰러지고 세동이 있는 이러한 사건을 더 많이 보지 않는 이유는 무엇입니까? 그래서 당신은 매우 운이 없어야 한다고 말하고 있는 것입니다. 취약한 단계에서 공격을 받아야 합니다.

펜톤 (19:51): 그리고 매우 어렵죠?

스트로가츠: 그리고 아주 세게 때렸습니다.

펜톤 (19:53): Commotio Cordis에서 실제로 발생하는 것은 사례의 50%가 야구를 하는 사람들로부터 발생한다는 통계가 있다는 것입니다. 야구에는 실제로 흥분할 수 있는 단단하고 빠른 공이 있습니다. 자주 가슴을 때릴 수 있습니다. 그래서 병원에 오는 Commotio Cordis 사례의 50%는 야구에서 나옵니다. 그리고 매우 자주 발생하는 이유는 가슴에 충격이 가해지면 압력이 심장으로 들어갈 수 있을 만큼 충분히 발달하지 않았기 때문입니다. 그래서 작은 공에 맞을 수 있는 스포츠를 하는 사람들이 더 많아지는 경향이 있다. 예를 들어 하키에서도 그런 일이 일어났습니다. 크리스 프롱거 1990년대, 1998년 플레이오프에서 그는 퍽에 맞았다. 그리고 그도 내려갔다. 그리고 그의 경우는 매우 흥미롭습니다. 왜냐하면 그가 바로 가지 않았기 때문입니다. Damar Hamlin처럼 그는 바로 갔습니다. Chris의 경우 몇 초 더 걸렸습니다. 내 추측으로는 히트가 시작되었을 때 깨지는 데 시간이 걸리는 단일 나선형 웨이브를 생성했을 것입니다. 그리고 그는 VF에 가기 전에 VT를 얻었습니다. 그리고 Damar의 경우 VF로 매우 빨리 갔을 것입니다. 그래서 그는 즉시 의식을 잃었습니다.

스트로가츠 (21:00): VT — 심실 빈맥. VF — 심실 세동. 그것은 훨씬 더 치명적입니다. 잠시 제세동에 대한 이 질문으로 돌아가 봅시다. 왜냐하면 당신이 놀라운 것을 언급했기 때문입니다. 제가 당신 말을 제대로 들었나요? 수백 줄이 필요하다고 하셨습니까? 아니면 요즘 제세 동기에 사용됩니까?

펜톤 (21:18): 그렇군요. 외부의 경우 120에서 360 사이입니다. 내부의 경우 20까지 낮을 수 있습니다. 음, "낮습니다." XNUMX 줄이지만 여전히 고통스럽습니다.

스트로가츠 (21:27): 환자가 제세동을 받은 느낌에 대해 이야기하는 경우 어떻게 설명합니까?

펜톤 (21:32): 세동이 있을 때 매우 자주 기절합니다. 그래서 당신은 그것을 자주 느끼지 않을 것입니다. 하지만 심방세동의 경우에는 – 때로 심방세동인 심방세동이 있습니다 – 의사에게 가야 합니다. 제 학생의 경우에는 심방세동이 있어서 병원에 갔다가 심정지 치료를 하려고 진정제를 줘서 마취를 시켰다고 합니다. 그리고 그는 누군가 비명을 지르는 것을 들은 것을 기억한다고 말합니다. 그리고 나중에 그들은 그에게 아니오라고 말했습니다. 충격에서 비명을 지르는 것은 그 사람 이었지만 그는 그것이 자신이라는 것을 기억하지 못했습니다. 그래서 고통스러울 정도로 충격이 크다. 그것이 그들이 당신을 진정시키는 이유입니다. 그래서 실제로 제세동을 할 때 ECG에 연결해야 하는 것이 매우 중요합니다. 제가 언급했듯이 그들이 AF에 제세동을 할 때 ECG에 연결하기 때문에 충격을 가할 때 T파 동안이나 T파가 끝날 때 충격을 가하지 않습니다. 그러면 심실에서 세동을 시작할 수 있기 때문입니다. 그들은 항상 제세동을 할 때마다 ECG에 연결한 다음 안전한 시간에 충격을 가합니다.

스트로가츠 (22:33): 지금 말씀하셨는데요. 지금까지 이 구분을 강조하지 않은 것 같습니다. 따라서 심방세동과 심실세동을 구분해야 합니다. 저는 몇 년 전에 대통령이 있었던 것을 기억합니다. 제 생각에는 George W. Bush의 아버지이자 장로인 George Bush 대통령이었던 것 같습니다. 그는 일종의 만성 심방세동을 가지고 있었습니다. . 내 기억이 맞다면.

펜톤 (22:33): 네, 그런 것 같아요.

스트로가츠 (22:40): 심실세동은 치료하지 않으면 치명적입니다.

펜톤: 권리.

스트로가츠 (23:01): 혈액을 펌핑하지 않기 때문입니다. 그러나 심방 세동은 당신이 살 수있는 것입니까?

펜톤 (23:06): 네. 그래서 이것은 당신이 말했듯이 이 분리가 좋은 것입니다. 심실에서 세동이 일어나면 몇 초, 몇 분 안에 제세동을 해야겠죠? 제세동 시간이 길어질수록 제세동이 더 어려워집니다. 조직이 덜 흥분되고 산소가 적어지고 뇌에 공급되는 산소가 적어지기 때문입니다. 그리고 회복 가능성은 매우 낮습니다. 따라서 심실에서 매우 빠르게 제세동을 해야 합니다. 심방에서 — 심방과 심실은 물리적으로 연결되어 있지만 전기적으로는 분리되어 있습니다. 따라서 심방에 세동이 있을 때에도 심실은 수축할 수 있습니다. 완전히 또는 규칙적으로는 아니지만 수축하여 혈액을 신체로 보낼 수 있습니다. 그래서 심방 세동, 당신은 살 수 있지만 당신은 항상… 당신은 피곤함을 느낍니다. 심실이 가능한 한 잘 수축하지 않기 때문에 실제로 움직일 수 없습니다. 또한 심방이 지속적으로 혈액을 펌프질하지 않기 때문에 일부 혈액이 거기에 남아 혈액 응고를 생성하기가 더 쉽습니다. 혈전은 체내로 들어갈 수 있으며 뇌졸중을 유발할 수 있습니다.

(24:05) AF가 있으면 뇌졸중에 걸릴 확률이 높아집니다. 그리고 AF, 나이가 들면 대부분의 사람들에게 발생합니다. 음, 대부분의 사람들은 아니지만 나이가 들수록 AF를 가질 가능성이 훨씬 높아집니다. 미국에서 약 2.2만 명이 AF를 가지고 있습니다. AF가 있는 사람의 70%가 65세에서 85세 사이입니다. AF의 흥미로운 점 중 하나는 느리게 시작된다는 것입니다. 파도가 부서지기 시작하고 나선형 파도를 생성하지만 곧 사라집니다. 그들은 사라집니다. 따라서 자체 종료됩니다. 하지만 계속 나타날수록 더 많은 것을 끌어내고, 오래 나타날수록 오래 남습니다. 따라서 AF를 자주 얻을수록 에피소드가 길어지고 종료하기가 더 어려워집니다.

(24:46) 따라서 심방세동이 발생하기 시작했다면 의사에게 가서 약이나 절제라고 하는 다른 방법을 받고 싶을 것입니다. 그들은 카테터로 내부로 들어간 다음 심방의 일부를 태울 수 있습니다. 따라서 이러한 파동은 회전할 공간이 충분하지 않아 자체적으로 종료됩니다. 따라서 부정맥을 종료하는 방법이 있습니다. 그리고 심방세동이 있다는 것을 빨리 알게 될수록 더 잘 작동합니다. 왜냐하면 더 오래(매우 흥미롭습니다) 일어날수록 조직을 리모델링하기 때문입니다. 따라서 조직은 조금 더 커지고 전기생리학도 그것을 개조합니다. 따라서 더 많은 세동이 있을 때마다 세동이 지속될 때까지 더 오래 계속하는 것이 더 쉽습니다. 그리고 일단 지속되면, 그것을 할 수 있는 유일한 방법은 기본적으로 그들이 거기에 가야 하는 이런 종류의 제거입니다.

스트로가츠 (25:31): 이제 여기서 토론의 마지막 섹션으로 이동하겠습니다. 이 섹션은 귀하와 귀하의 학생, 박사후 연구원 및 동료가 파도와 싸우기 위해 수행해 온 작업에 실제로 초점을 맞추는 것입니다. 그렇다면 지금까지 우리가 이야기해 온 고전적인 제세동기의 대안으로 당신과 당신의 연구팀이 생각해낸 것이 무엇인지부터 시작해 볼까요?

펜톤 (25:52): 따라서 심장의 전기 생리학에 대한 좋은 점 중 하나는 그것이 우리가 물리학이나 수학, 응용 수학, "흥분 시스템"에서 부르는 것과 정말 잘 일치한다는 것입니다. 흥분 가능한 시스템에는 공간, 시간 및 공간에서 발생할 수 있는 이러한 활성화의 역학을 조사하기 위해 비선형 시스템 또는 혼돈 시스템에 사용할 수 있는 많은 수학이 있습니다. 그래서 좋은 점은 실제로 다중 나선형 파인 세동이 있을 때 역학이 무작위가 아니라는 것입니다. 어떻게 발생하는지 설명하기 위해 운동 방정식을 작성할 수 있습니다. 그리고 우리는 그것이 혼란스러울 수 있다는 것을 보여줬고 다른 사람들도 보여주었습니다. 따라서 세동의 역학은 혼란스럽습니다. 그리고 혼란스럽기 때문에 무작위가 아니라 제어할 수 있는 방법이 있습니다. 실제로 부정맥이 어떻게 작용하는지 조사할 수 있으므로 실제로 교란할 수 있고 작은 교란과 제어로 특정 방식으로 교란할 수 있습니다.

(26:42) 우리가 알고 있듯이 혼돈계의 좋은 점은 시간에 따라 형성할 수 있는 주기적인 궤도가 있다는 것입니다. 그리고 시스템을 제어할 수 있는 매우 작은 특정 강도로 특정 시간에 교란하는 방법을 찾을 수 있습니다. 그래서 우리가 할 수 있는 일 중 하나는 한번의 큰 충격 대신에 작은 충격으로 동요할 때를 아는 것입니다. 그래서 우리는 몇 가지 방법을 개발하고 다른 사람들도 이 분야에서 작업하고 있습니다. 우리는 종료 또는 제어에서 실제로 작동할 수 있는 섭동을 최소화하기 위해 혼돈 시스템을 사용하는 비선형 역학 및 혼돈 접근 방식을 사용하는 방법을 알아내려고 노력했습니다. 시스템.

(27:17) 상상해 보세요. 좋은 비유인지는 모르겠지만 동전이 많이 들어 있는 상자에서 모든 동전을 한쪽 가장자리에 넣고 싶을 때 큰 상자를 만들 수 있습니다. 섞으면 모든 동전이 한쪽으로 가겠죠? 하지만 그 대신 작은 셔플을 할 수 있고 조금씩 동전을 모서리로 옮길 수 있습니다. 이것이 주요 아이디어입니다. 작은 에너지로 특정 시간에 특정 장소를 동요시킬 수 있다면 실제로 시스템을 동기화하고 부정맥을 종료할 수 있습니다.

(27:42) 이론적인 관점에서 시작한 다음 몇 가지 수치 시뮬레이션을 수행했기 때문에 매우 좋았습니다. 그리고 나서 우리는 체외 실험을 했고 생체 실험을 했습니다. 실제로 우리는 에너지의 10%만 사용하여 심장을 제세동할 수 있었습니다. 따라서 큰 에너지 충격을 사용하는 대신 10%의 충격을 몇 번 사용하고 제세동을 할 수 있습니다. Mike Tyson에게 맞을 경우 무엇을 선호하는지 상상해보십시오. 한 번의 충격 또는 두 번의 때리기를 선호합니까? 그래서 뺨을 몇 번 맞히는 것이 아마 매우 고통스러울지라도 한 번 크게 때리는 것보다는 덜 아프겠죠? 작은 충격을 가한 다음 시스템을 제어할 수 있다는 것이 주요 아이디어입니다. 우리는 그 아이디어를 적용하기 위해 다양한 방법을 연구하고 있습니다. 그리고 우리는 지금까지 성공적이었습니다.

스트로가츠 (28:28): 아이디어는 다음과 같은 것입니까? 나선형 파도가 있을 때 어떤 사람은 오른손잡이이고 다른 사람은 왼손잡이일 수 있다는 것을 알고 있습니다. 그들은 종종 쌍으로 온다. 그리고 오른손잡이로 왼손잡이를 치면 둘 다 사라집니다. 그게 당신이하는 일입니까? 기존의 나선파에 부딪히기 위해 나선파를 주입하려는 건가요? 아니면 심장에서 나선형 파동을 밀어내려는 건가요?

펜톤 (28:53): 글쎄요, 실제로 그것이 마지막에 일어나는 일이거나 마지막에 제세동을 해야 하는 요구 사항이라는 것이 밝혀졌습니다. 세동이 있을 때마다 나선형 파동이 많이 생깁니다. 그리고 시계 방향으로 회전하는 나선형 파동과 시계 반대 방향으로 회전하는 나선형 파동이 있습니다. 그리고 그들이 나타나면 모두 종료해야합니다. 그리고 그것들을 모두 종료하는 방법은 각각을 상대방과 일치시키는 것입니다. 그래서 당신이 큰 충격을 줄 때, 그것은 실제로 당신이 하고 있는 것입니다. 모든 조직을 자극하여 한 방향의 모든 나선형 파동을 다른 방향의 나선형 파동으로 연결합니다. 따라서 모든 조직을 자극하면 즉시 그렇게 합니다.

(29:27) 그래서 우리는 최근 위상 공간의 역학을 사용하여 물리적 공간이 아닌 시스템의 역학을 실제로 매핑할 수 있는 시스템의 변수의 역학 공간에 이론을 제시했습니다. 그것은 실제로 당신에게 교란해야 할 곳을 알려줄 수 있습니다. 그리고 물리적 공간으로 돌아가면 부정맥을 종료하는 가장 쉬운 방법은 하나의 나선형 파동과 그에 상응하는 나선형 파동을 연결하는 파동 뒤의 가장자리를 따라 자극을 정확히 수행하는 것입니다. 그리고 그 메커니즘을 실제로 우리는 "순간이동"이라고 부릅니다. 왜냐하면 한 지점에 있는 나선형 파동이 실제로 자극으로 효과적으로 다른 곳으로 이동할 수 있기 때문입니다. 따라서 파동의 뒤쪽, 나선형 파동을 가로질러 잘 설계된 자극에 의해 도메인의 한 위치에서 다른 공간으로 순간적으로 이동할 수 있습니다. 따라서 제세동을 하려면 시계 방향의 모든 나선형 파동과 시계 반대 방향의 나선형 파동을 모두 텔레포트해야 합니다. 그리고 가장 낮은 에너지로 그렇게 하면 가장 낮은 에너지로 제세동에 성공합니다.

스트로가츠 (30:26): 매우 흥미롭게 들립니다. 그러나 몇 가지 이유로 의사들이 이에 반대하는 것을 상상할 수 있습니다. 우선, 사람의 시간이 몇 초 밖에 없는 것처럼 삶과 죽음의 문제가 있을 때 왜 그들이 노를 사용하고 싶어하는지 알 수 있습니다. 작동합니다. 정확한 측정과 타이밍이 필요한 것을 설명하는 경우 “그럴 시간이 없습니다. 우리는 그러한 측정을 할 수 없습니다. 이 사람은 바닥에 누워 있습니다.”

펜튼(30:52): 맞습니다. 아니, 당신 말이 맞아요. 정말로 삶과 죽음에 관한 어떤 것에 대해 이야기할 때. 여기도 마찬가지입니다. 우리가 개발한 저에너지 제세동 방법을 사용하면 확실히 계산적으로 작동하며 실험실에서 작동합니다. 그러나 언제 어디서나 제대로 작동하려면 특정 방식으로 설계해야 합니다. 그래서 바로 지금 제세동기를 제조하는 제조업체가 있을 때 그들은 "지금 작동합니다"라고 말합니다. 맞습니까? 주요 아이디어는 바로 지금 작동하는데 왜 낮추고 싶습니까? 우리가 해야 할 일은 낮은 에너지에서도 항상 성공하는 적용 가능한 이론을 개발할 수 있는지 확인하는 것입니다.

(31:28) 따라서 첫 번째 근사치로 먼저 시도해 볼 수 있습니다. 그렇지 않고 실패하면 큰 충격을 받게 됩니다. 이것을 적용할 때 너무 오래 기다리지 않도록 해야 합니다. 그러면 마지막에 제세동을 하기가 너무 어렵습니다.

(31:39) 바로 지금 많은 이식형 제세동기가 큰 충격을 주기 전에 ATP라고 하는 항빈맥 조율을 시도합니다. 부정맥이 형성되면 일반적으로 다중으로 발전하는 나선형 파동으로 시작됩니다. 따라서 주요 아이디어는 알고리즘이 심실에 세동이 있음을 감지하면 나선형 파동의 회전보다 약간 더 빠르게 속도를 조절하여 파동에 영향을 미치고 종료할 수 있는지 확인하는 것입니다. 그래서 그들은 이 ATP를 약간 사용합니다. 그리고 그것이 작동하지 않으면 그들은 충격을 받습니다.

스트로가츠 (32:11): 제 생각에는 이식형 제세동기를 만드는 사람들이나 그것을 환자에게 사용하는 의사들의 심리학이 흥미롭다고 생각합니다. 항빈맥 조율, 심장에 충격을 주기 전에 이식할 수 있는 폭발을 주기 전에 심장을 구하려는 좀 더 온화하고 온건한 시도입니다. 그래서 그들은 당신이 큰 총을 꺼내기 전에 더 온화한 것을 시도하려는 이런 종류의 아이디어에 이미 열려 있는 것 같습니다.

펜톤 (32:41): 맞습니다. 그래서 이것은 중간에 있습니다. ATP는 전극에 부착된 전극으로 이루어집니다. 일반적으로 제세동기는 심실에 있는 전극과 제세동기 자체 사이에 전기 충격을 가합니다. 그래서 그것이 그들이 그 둘 사이에 전기장을 만드는 방법입니다. 그리고 그들이 ATP를 할 때, 심실에 있는 전극에서 시작합니다. 우리가 가지고 있는 아이디어 중 하나는 저에너지 충격을 가하기 위해 제세동기의 전극과 베이스 두 가지 대신에 저에너지 제세동을 시도하는 것입니다. 그러나 여전히 시간이 필요하며 제세동이 항상 안전하고 성공적이라는 것을 항상 보여주도록 노력해야 합니다.

(33:19) 하지만 물리학자의 관점에서 볼 때, 존재하는 흥분 시스템의 개념을 사용하여 부정맥의 많은 역학을 이해할 수 있었다는 사실이 놀랍다고 생각합니다. 화학 발진기 등의 역학을 설명하기 위해 몇 년. 그리고 이론을 적용할 수 있습니다. 그리고 실제로, 수치적으로 우리는 그것이 작동한다는 것을 항상 볼 수 있습니다. 그리고 우리는 실험에 들어갑니다. 실제로 작동하는 것을 볼 수 있습니다.

(33:44) 흥미로운 점은 이러한 개념을 사용하여 제세동을 위한 새로운 방법의 새로운 기술을 개발하는 데 적용할 수 있다는 것입니다. 방금 발견된 방법이 아니라 한 번의 큰 충격만으로도 효과가 있습니다. 매우 강하기 때문입니다. 따라서 이것이 적용 가능한지 확인하려면 아직 갈 길이 멉니다. 그러나 이론이 있습니다. 그리고 그것이 흥미로운 것이라고 생각합니다. 그런 다음 성공적이고 안정적으로 작동시키는 방법의 엔지니어링 부분은 갈 길이 멀다. 그러나 우리는 어디서부터 시작해야 하는지에 대한 배경 지식을 가지고 있습니다.

스트로가츠 (34:14): 오, 훌륭하네요. 스스로 수학을 하는 사람으로서 저는 당신이 생명을 구하거나 필요한 사람들의 삶의 질을 향상시킬 수 있는 이러한 이론적 아이디어를 가지고 있다는 사실에 감격했습니다. 이에 대한 세부 사항에 대해 몇 가지만 질문하겠습니다. 컴퓨터 부분과 실험 부분에 대해 묻고 싶습니다. 그럼 컴퓨터부터 시작해볼까요? 이러한 계산은 어려울 것 같습니다. 이온 컨덕턴스와 전압 및 농도를 추적한다고 가정하기 때문에 40개 또는 50개의 미분 방정식, 각 셀에 대한 비선형 미분 방정식과 같은 것이 필요하다는 내용을 읽었습니다. 따라서 그것들은 하나의 세포에 대한 어려운 방정식이고 처리해야 할 많은 세포가 있습니다. 이러한 계산을 어떻게 수행합니까? 슈퍼컴퓨터를 사용하고 있습니까? 그래픽 카드를 사용하고 있습니까?

펜톤 (35:04): 예, 세포의 전압을 정량화하려면 칼슘 역학 외에도 존재하는 모든 이온 채널과 통과하는 모든 전류를 고려해야 합니다. 따라서 구형 암소를 찾는 물리학자처럼 갈 수 있습니다. 이 경우에는 구형 세포입니다. 그리고 두 개의 변수만 있는 더 간단한 모델을 수행합니다. 일반적으로 발생하는 방법에 대한 역학을 제공하는 데 두 가지 변수가 충분합니다. 그러나 세포 역학 및 거기에 존재하는 모든 복잡성을 더 정확하게 파악하고 싶을 때 사람들이 수년에 걸쳐 개발한 모델을 사용할 수 있습니다. 생물 의학 엔지니어는 복잡한 모델을 개발했습니다. 일부 모델에는 하나의 셀에 대해 최대 100개의 미분 방정식이 포함됩니다. 가지고 있는 변수의 수가 수천 개라고 상상할 수 있습니다. 가지고 있는 변수의 수가 많을수록 로컬 최소값이 아니라 실제 최소값이 아닌지 확인하는 데 필요한 실험 데이터의 수가 [더 커집니다]. 그러나 그럼에도 불구하고 이러한 모델은 작동 방식을 약간 조사하는 데 사용해야 합니다.

(36:16) 따라서 우주에서 이러한 모델을 연구할 때 이제 모든 심장 세포를 설명해야 합니다. 그리고 때로는 수치적으로 세포를 통한 전기 활동의 확산을 모델링하는 방법 때문에 심장 세포의 이산화보다 더 짧게 이산화해야 합니다. 따라서 2D 또는 3D 실제 심장으로 이동할 때 수백만 개의 심장 세포를 시뮬레이션해야 했습니다. 그래서 대부분의 시간에 사람들은 슈퍼컴퓨터를 사용합니다. 따라서 전기 활동을 시뮬레이션하려면 슈퍼컴퓨터를 사용해야 합니다. 때로는 단 몇 초 만에 많은 시간이 걸립니다. 큰 문제입니다. 역학을 가속화하려는 방법이 있습니다. 시간과 공간에 적응하는 방법과 우리와 다른 많은 사람들이 수행한 더 복잡한 방법을 사용할 수 있습니다. 따라서 시뮬레이션을 더 빠르게 실행할 수 있습니다.

(36:46) 지난 10~15년 동안 게임용 그래픽 카드의 개발로 실제로 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 매우 자주 할 수 있게 되었습니다. 때로는 PC나 노트북에서도 할 수 있고, GPU에 수천 개의 프로세서가 있을 수 있으며, CPU가 아닌 가속을 위해 여러 프로세서가 있는 GPU에 액세스할 수 있는 이러한 프로그램을 사용하여 시뮬레이션을 개발할 수 있습니다. 그들이 화면에 그리는 역학.

(37:12) 따라서 색칠을 위해 화면에 플롯하는 데 사용한 픽셀을 사용하는 대신 수행하려는 모델의 변수를 설명하는 데 픽셀을 사용할 수 있습니다. 따라서 시스템의 각 변수에 대한 픽셀 정보를 사용할 수 있습니다. 그런 다음 여러 변수가 GPU의 셀이며 병렬로 정말 빠르게 실행됩니다.

스트로가츠 (37:33): 그 점을 강조하고 싶습니다. 나는 당신이 비디오 게임을 재미있지만 일종의 경솔하다고 생각하는 것에 대해 생각해 본 적이 없는 사람들에게는 놀라운 일이라고 생각합니다. 알다시피, 이것은 아이들이 시간을 낭비하거나 빈둥거리는 것과 같거나 어른들도 마찬가지입니다. 그러나 그들은 우주에 퍼져있는 심장 세포에 대해 매우 빠르게 계산하려는 당신과 같은 사람들에게 유용할 수 있는 게임을 매우 빠르게 실행하는 기술을 생각해 냈습니다. 그것은 당신이 앞으로 나아갈 길이라고 상상했을 수도 있는 것이 아닐 수도 있지만 그것은 비디오 게임을 위해 개발된 이 기술의 매우 가치 있고 매우 창의적인 사용으로 밝혀졌습니다.

펜톤 (38:08): 예, 지난 15년 동안 많은 사람들이 고성능 컴퓨팅에 사용하고 있습니다. 그런 다음 Nvidia는 이를 수행하기 위해 자체 언어인 CUDA 언어를 개발했습니다. CUDA의 C 컴파일러이거나 CUDA의 Fortran 컴파일러일 수도 있습니다. 예, 제 옛 고문인 Robert Gilmour는 이렇게 말하곤 했습니다. “당신이 컴퓨터에 많은 돈을 쓰기 전에. 이제 컴퓨터용 소프트웨어를 코딩하는 사람들에게 많은 돈을 써야 합니다.” 이제는 슈퍼컴퓨터에 돈을 쓸 필요가 없습니다. 저렴한 GPU 컴퓨터에 돈을 쓸 수 있습니다. 하지만 이제는 그렇게 하기 위한 코드를 작성하는 것이 더 복잡해졌습니다.

(38:41) 하지만 세상에는 다양한 언어가 있습니다. 그리고 웹 브라우저를 통해 직접 코드를 실행할 수 있는 WebGL이라는 작업을 시작했습니다. 따라서 실제로 브라우저에서 시뮬레이션을 실행할 수 있습니다. 따라서 운영 체제 및 장치와 독립적입니다. 따라서 GPU가 실행하려는 프로그램의 메모리를 처리할 수 있는 한 휴대폰에서도 실행할 수 있습니다. 휴대폰의 힘은 너무나 강력합니다. 이제 귀하의 휴대 전화는 우리가 보낸 달 착륙선에 있던 모든 계산보다 훨씬 강력합니다. 그들이 얼마나 많은 힘을 가지고 있는지 놀랍습니다. 따라서 실제로 고급 휴대폰에서 토끼 심장과 같은 작은 3D 심장인 3D 심장 시뮬레이션을 할 수 있습니다. 실시간으로 시뮬레이션을 할 수 있습니다.

(39:23) 또한 좋은 점은 시뮬레이션을 수행하기 위해 화면에 표시되는 픽셀을 사용하기 때문에 대화식으로 조직을 직접 자극하거나 시뮬레이션에서 매개변수를 변경하고 어떤 일이 발생하는지 확인할 수 있다는 것입니다. 시스템의 역학을 조사할 때. 그리고 그것은 모든 반응-확산 시스템이나 편미분 방정식에 대해 수행될 수 있습니다. 유체 역학을 위해 할 수 있고 결정 성장을 위해 할 수 있습니다. 이것이 GPU, 그래픽 카드의 좋은 점입니다. 지금은 너무 강력합니다. 이제 그런 종류의 시뮬레이션을 할 수 있습니다.

스트로가츠 (39:52): 이제 실험에 대한 질문을 제기하면서 마무리하겠습니다. 당신은 그들을 언급했습니다. 그런데 서론에서 동물심장외에 사용하신다고 말씀드렸는데... 물론 정말 드라마틱한 것은 실제 사람의 심장을 사용한다는 것입니다. 그래서 저는 여러분이 기증자, 장기 기증자로부터 인간의 심장에 접근할 수 있다는 것을 이해합니다. 그것에 대해 그리고 그들이 당신에게 가르친 것에 대해 조금 말씀해 주시겠습니까?

펜톤 (40:15): 예, 수년 동안 우리는 항상 토끼, 기니피그, 돼지와 같은 동물의 심장을 사용했습니다. 그리고 제가 코넬에 있을 때 실제로 말의 심장도 사용했는데 말의 심장은 엄청납니다. 농구공 두 개를 합친 것보다 큽니다. 달리기를 위해 만들어졌습니다. 그래서 말을 열면 보이는 내부는 대부분 폐와 심장이다.

(40:35) 주요 아이디어는 동물 사용을 최소화하는 것입니다. 그리고 가장 중요한 주요 사례인 우리가 연구하고 싶었던 것은 인간의 마음입니다. 그래서 제가 여기 Georgia Tech에 왔을 때 저는 협력하려고 노력했습니다. 저는 Emory의 심장병 전문의와 협력했습니다. 병원에 있는 Emory 대학에서요. 그리고 마지막으로, 몇 년 후에 두 명의 심장 전문의와 협력하여 변호사와 함께 프로토콜을 작성하고 환자와 함께 허가를 받을 수 있었습니다. 환자가 심장 이식 수술을 받을 때 매우 자주 우리는 환자에게서 심장을 얻을 수 있습니다. 그들은 우리를 부르고 우리는 수술실 밖에서 기다리고 있습니다. 새 심장이 도착하자마자 환자의 심장을 꺼내어 우리에게 줍니다. 그래서 준비해서 병원에서 Emory에서 10분 거리에 있는 Georgia Tech로 가져갈 수 있습니다. 그래서 실험실로 가져와서 피와 비슷한 것을 관류할 수 있습니다. Tyrode 용액이라고 하는 것을 사용할 수 있습니다. 심장을 살아 있게 하는 데 필요한 모든 이온이 들어 있는 용액입니다. 그리고 우리는 심장을 소생시킬 수 있습니다. 일종의 프랑켄슈타인과 같습니다. 정말로. 그냥, 살아있다! 심장을 가져오고 관류를 시작하면 살아 돌아옵니다. 그리고 수축하기 시작합니다. 그런 다음 그곳에서 실험을 할 수 있습니다.

(40:40) 전기 신호를 시각화하기 위해 광학 매핑이라는 것을 사용합니다. 심장의 막에 들어가는 전압 염료인 염료를 넣습니다. 그리고 이 염료는 한 주파수에서 빛을 흡수하고 다른 주파수에서 방출합니다. 피크 방출은 전압의 함수입니다. 따라서 전압이 변경되면 방출 스펙트럼이 변경됩니다. 따라서 주어진 주파수에서 받는 빛의 양이 변경됩니다. 따라서 카메라에 몇 가지 필터를 넣은 다음 전기 신호를 빛의 강도 변화로 전체 공간에서 직접 시각화할 수 있습니다. 그리고 우리는 할 수 있습니다 나선형 파도 시각화 그 양식. 우리는 실생활에서 나선파를 실제로 볼 수 있습니다. 나선파가 회전하고 깨지는 것을 볼 수 있습니다. 어떻게 시작되고 자극을 줄 때 실제로 어떻게 할 수 있는지, 계속하거나 종료할 수 있도록 어떻게 교란시키는지 볼 수 있습니다. 이제 우리가 실제 심장, 실제 인간의 심장에서 그러한 실험을 실제로 할 수 있다는 것은 꽤 놀라운 일입니다.

스트로가츠 (42:38): 정말 놀랍습니다. 내 말은, 이것이 무엇인가 때문입니다. 저는 개인적으로 흥분성 매체와 심장 부정맥에 관한 이런 종류의 질문에 관심이 있었습니다. 오래 전인 1980년대 초반에 Art Winfree라는 신사와 함께 일한 이후로요. 그리고 그 당시에는 마음에 파동이 시각화되기 시작했습니다. 그러나 대부분은 이론적이었습니다. 우리는 나선형 파도를 상상했습니다. 우리의 수학과 화학적 아날로그는 나선형 파동 또는 XNUMX차원 일반화인 스크롤 파동이 있어야 한다고 말했습니다. 그러나 실제로 인간의 심장에서 하나를 볼 수 있다는 생각은 꽤 환상적이었습니다. 그리고 지금 당신은 그것을하고 있습니다. 우리는 아마도 미래에 대해 생각하는 것으로 끝내야 할 것입니다. 당신과 당신의 그룹이 해온 이론적이고 실험적인 작업이 앞으로 어떻게 될 것이라고 생각하십니까? 이것이 어디로 이어질 수 있는지에 대한 당신의 꿈은 무엇입니까?

펜톤 (43:27): 제 생각에 우리 모두가 찾고 있는 것은 심장이 시작되기 전에 제세동을 할 수 있고 제세동이 발생하는 시기와 매우 낮은 에너지 펄스로 제세동을 종료하는 방법을 알 수 있다는 것입니다. 이제 제세동을 시도하는 또 다른 방법이 있다는 것이 밝혀졌습니다. 바로 빛을 사용하는 것입니다. 그래서 빛으로 여기될 수 있는 심장 세포에 이온 채널을 세포에 추가하는 작업을 하는 그룹이 있습니다. 따라서 강도와 파장에 따라 실제로 빛으로 자극하거나 자극하지 않을 수 있습니다. 빛으로 세포를 흥분시키는 응용 프로그램을 만드는 것이 미래에 가능할 것 같습니다. 그리고 어느 시점에서 시스템 내부에 조명을 설치하는 것만으로 전기 충격을 가하지 않고도 제세동을 할 수 있습니다. 이를 광유전학이라고 합니다. 그리고 미국과 유럽에 많은 그룹이 작업하고 있습니다.

스트로가츠 (44:19): 와우. 그것은 정말 미래지향적 사고입니다. 놀라운! Flavio, 오늘 우리와 함께 해주셔서 대단히 감사합니다. 이것은 매혹적인 대화였습니다. 그래서 우리는 여기에서 Georgia Tech의 물리학 학교에서 심장 역학을 연구하는 Flavio Fenton과 이야기를 나눴습니다. 우리와 함께 해주셔서 다시 한 번 감사드립니다, Flavio.

펜톤 (44:37): 오, 스티브. 이것은 나의 기쁨이었습니다. 저를 초대해주셔서 정말 감사합니다.

아나운서 (44:44): 우주 여행은 영리한 수학에 달려 있습니다. 미지의 태양계 찾기 Quanta Magazine의 새로운 일일 수학 게임, Hyperjumps. Hyperjumps는 한 외계 행성에서 다음 행성으로 로켓을 이동하기 위한 간단한 숫자 조합을 찾는 데 도전합니다. 스포일러 경고: 이길 수 있는 방법은 항상 한 가지 이상입니다. 아스트랄 산술 테스트 hyperjumps.qualamagazine.org.

스트로가츠 (45 : 16) : 이유의 기쁨 의 팟캐스트입니다. Quanta Magazine, Simons Foundation에서 지원하는 편집 독립 간행물. Simons Foundation의 자금 지원 결정은 주제 선택, 게스트 또는 이 팟캐스트 또는 Quanta Magazine. 이유의 기쁨 Susan Valot와 Polly Stryker가 제작합니다. 편집자는 John Rennie와 Thomas Lin이며 Matt Carlstrom과 Zach Savitsky의 지원을 받습니다.뿐만 아니라 Nona McKenna와 Saugat Bolakhe]. 우리의 테마 음악은 Richie Johnson이 작곡했습니다. Julian Lin이 팟캐스트 이름을 생각해 냈습니다. 에피소드 아트는 Peter Greenwood가 담당했고 로고는 Jaki King이 담당했습니다. Cornell Broadcast Studios의 Bert Odom-Reed에게 특별히 감사드립니다. 저는 호스트인 Steve Strogatz입니다. 질문이나 의견이 있으시면 다음 주소로 이메일을 보내주십시오. [이메일 보호] 듣기 주셔서 감사합니다.